ртүрлі қосу схемаларындағы люминесцентті шамның жұмысы

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 3Следующая ⇒

Көптеген заманауи люминесцентті шамдар айнымалы тоқтағы электрлік желілердің жұмысына арналған. Басқада разрядты шамдар сияқты шамдардың жануы мен қалыпты жұмыс режимін қамтамасыз ететін тек қана іске қосуды реттегіш аппаратпен (пускорегу­лирующим аппаратом (ПРА)) пен бірге желіге қосылады.

Іске қосуды реттегіш аппараттың схемасы люминесцентті шамға балласт типі және шамды жағу әдісі бойынша топтастырылады. Сонымен қатар cosφ өтемділігі және басқада конструктивті және эксплутациялық белгілерінің құрылғыда болуын көрсетеді. Көбінесе индуктивті балласт қолданады. Активті қарсыласу түріндегі балласт немесе таза көлем тек арнайы жағдайларда қолданылады.

Шамды жағу схемасы және іске қосуды реттегіш аппараттардың стартерлі және стартерлі емес болып бөлінеді. Соңғысы өз кезегінде тез және лездік жағу схемаларға бөлінеді.

Әрбір типтегі схема және іске қосуды реттегіш аппараттың қолданылу аймағына қарай жетістіктері мен кемшіліктері бар.

Стартерлі жағу схемасындағы люминесцентті шамдардың жұмысы. Ешқандай қосымшасыз кернеуді 127 және  220В желіде түрлендірусіз жұмыс істейтін шамды жағуды жеңілдету үшін, төменгі кернеудегі разрядты жағуға жеткілікті, термоэмиссиямен қамтамасыз ететіндей температураға дейін электроды қыздыру кең қолданылады. Қарастырылып отырған схемада шамдағы электродты қыздыруға сәйкес құрылғыдағы байланыстың (контакт) тимей қалуына әкелетін тізбектегі токті қосу жолымен жүзеге асырылады (стартер, динистор және т.б.). Контакттың тимей қалуынан желідегі кернеуді көбейтетін импульс пайда болады. Бұл шамға қосылған импульс электрод суымай тұрып разрядты жағу керек. Разрядты жағу үшін кернеу импульсі минимальді амплитуда және энергияға ие болу керек. Желіге Дроссель арқылы стартер схемасымен шамды қосудың көп таралғаны 4.4.1.суретте көрсетілген.

Сурет-4.4.1. Әртүрлі стартерлермен люминесцентті шамдарды қосу схемасының принциптері: а -  кілтпен немесе солғын разряд стартерімен; б - термобиметаллды стартермен; в - қарапайым электронды стартермен; 1-люминесцентті шам; 2-дроссель; 3-кілт немесе стартер контакты; 4-конденсатор; 5-қыздырғыш; 6- диод; 7-динистор.

Тізбектегі түйіспе (контакт) ажыраған кезде пайда болатын ауыспалы процесті жалпы жағдайдағы дифференциалды теңдеу былайша жазылады:

(4.4.1)

Мұндағы - айыру процесі (шамдағы кернеуге тең) кезіндегі стартер контактіндегі кернеу; - дросселдегі контур индуктивтілігі; -тізбектің үзілу сәтіндегі шамдардағы электродтардың қарсыласуы; -дросселдің активті қарсыласуы; -желідегі кернеудің амплитудалық мағынасы.

(4.4.1) формуладан көрініп тұрғанындай, кернеу импульсінің мәні дроссель индуктивтілігіне, электродтардың кедергісіне, тізбектің айырылуы (ток көзінен) кезіндегі токтың лездік шамасына, сонымен қатар стартердегі ауыспалы процестердің вольт – амперлік сипаттамасына тәуелді. Айырылу сәті кездейсоқ болғандықтан, кернеу шыңынөлден бастап үлкен шамаша дейінгі мәндері де кездейсоқ болады.

Стартерлер.Қысқа уақыттық тұйықталу мен тізбектің айырылуы кезінде кілттің көмегімен немесе автоматтың көмегімен жүзеге асыратын құрылғыны стартер деп атайды. Стартерлердің келесідей типтері болады: солғын разряд стартерлері, жылулық, электромагниттік, термомагниттік, жартылай өткізгіш және басқалар.

Стартер көмегімен шамды жағу процесін жалпы жағдайда төрт кезеңге бөлуге болады: 1) дайындық – кернеуді беру сәтінен стартердің айырылып қалуына дейін; 2) шамның электродтарын қыздыру – айырылып қалу (ток көзінен) сәтінен тиюге дейін; 3) жағып көру – тиген сәттен; 4) стартерді келесі қосуға дайындау. Жекелеген стартер типтерінде бірінші кезең болмауы мүмкін.

Шамды жағудың тиімді шарттары бойынша мүмкіндігінше бірінші кезеңді қысқарту керек немесе алып тастау керек, шамды жағу уақытын кешіктіргендіктен, түйіндеу (контактирование) уақытын қамтамассыз етіп доғалы разрядтты жағатын кернеудің мәнін төмендетуде және электродтты қыздыру температурасына дейін жеткізу керек. Сонымен қатар стартердегі тізбектегі айырғанда импульс кернеуінің пайда болуын және разрядтты жағу үшін ұзақтығының шамасы белгілі мәнге жетуін қамтамассыз ету керек. Бұдан басқа стартерге максималды оңай, жоғары сенімді талаптарды ұсыну керек.

а) Стартерлердің сыртқы түрі

б) құтыдағы жинақталған стартердің ішкі түрі

Сурет-4.4.2. Солғын разряд стартерінің жалпы түрі

Солғын разрядты стартерлер. Көп таралған солғын разрядты стартерлері (4.4.2-сурет) көрсетілген. Стартерлер миниатюрлы шам тәрізді, бір немесе екі электродты биметалды пластинкадан жасалған. Әдетте электродтар бір – біріне жақын арақашықтықта орналасады. Кернеуді қосқан кезде екі электродтың арасында солғын разряд пайда болады, қыздырылған биметалды пластинка иіліп тізбек тұйықталады (солғын разрядтың 1-ші кезеңі). Осы сәттен бастап электродтар арқылы шам қысқа тұйықталып, олар жоғары температураға дейін қыздырылады (2-ші кезең). Түйісу (контакт) тимей қалғанда стартердегі разряд өшеді; биметал пластинка суиды және қалыпты жағдайға

келеді, тізбек ажыратылады. Ажыраған сәтте шамдағы разрядты жағатын жоғарғы кернеу импульсі пайда болады (3-ші кезең). Шамдағы кернеу оған доғалық разрядты қойған кезде жану кернеуіне дейін төмендейді. Стартер жасау кезінде мынадай шамалар ескеріледі, солғын разряд пайда болатын кернеу, шамдағы жұмыс кернеуінен жоғары және желідегі минимальды кернеуден аз болуын. Сондықтан жанып тұрған шамда стартерде разряд пайда болмайды, биметал пластинка суық болып қалады да стартер тізбегі – алшақ тұрады. Егер шам бірінші тигеннен жанбаса, онда стартер шам жанбағанша процесті қайталай береді.

Солғын разряд кезеңінің созылуы және түйісу (контактілеу) конструкциясы, құрамы мен толтырылған газ қысымына тәуелді биметал электродтар мен қыздыру жылдамдығы және сууымен анықталады.

Стартер өндірістік типінде солғын разряд кезеңінің созылуы орташа 0,3-1 с құрайды. Электродты қыздыруға жетпейтін жеке түйісудің (контактілеудің) созылуы 0,2-0,6 с. Сондықтан 2-5 рет қайталағаннан кейін жанады. Симметриялық емес құрастырылған стартерлерді түйісуге (контактілеуге) симметриялық құрастырылған стартерлерге қарағанда көп уақыт кетеді. Бірақ бұлардағы кернеу импульсі контакт жарылған кездегі электродтардың полярлығына тәуелді болады. Сонымен қатар, көлемдік балласт құрылғы схемасымен жұмыс жасағанда симметриялық емес стратердегі солғын разрядтың периоды көп.

Екі штырькалы және метал немесе пластмас футлярмен жабылатын оқшауланған панелде стартер құрастырылады. 4.4.2-суретте көрсетілгендей стартерлер стандартты болады. Футлярда радио кедергімен жұмыс істейтін үлкен емес көлемдегі миниатюрлы конденсатор құрастырылған. Сонымен қатар стартердегі ауыспалы процес сипаттамасына шамды жағатындай әсер етеді. Конденсаторсыз стартердегі кернеу шегі бірнеше киловольтқа жетеді, бірақ аз созылғандықтан (1—2 мкс), импульс энергиясы өте аз болады. Конденсаторды қосқанда шегі 0,4-0,9 кВ дейін төмендейді, созылуын 1-100 мкс дейін көбейткенде импульс энергиясы айтарлықтай өседі.

Электродтардың жеткіліксіз жануынан кейде шамдағы катод оксидінің жұмысына зиян келтіріп, оларды тез тозаңға айналдыратын бір жарты периодты разряд пайда болады.

Жылулық (термобиметалдық) стартерлер. Бұл стартерлердің артықшылығы алдын ала алғашқы кезеңнің болмауы, осылайша түйіскен кезде ток тұйықталады, жану шыңының жоғары болуы және түйісу уақытының ұзақ болуы, әдетте 2-3 с құрайды. Бірақ әрқайсысының өзінің кемшіліктері бар: жұмыс жағдайында элементтің қыздырылуын ұстап тұру үшін қосымша қуат пайдаланылады, құрылымы мен қосу схемасы күрделілеу, олар шамды өшіргеннен кейін бірден жұмысқа дайын болмайды. Осы себепті бұларды ерекше жағдайларда ғана, мысалы төменгі температура шартында шамдарды жағу үшін қолданады.

Жартылай өткізгіш стартерлер. Соңғы онжылдықта стартерлерге ұқсас схемалардың қатары көбейіп келеді.Олардың барлығы кіліт принципі бойынша жұмыс істейді. Стартерлерге қатысты көптеген талаптар, жағуды күтіп тұратын жартылай өткізгіш стартерлеріне сәйкес келеді. (4.4.2-суретті қара). Олар электродтарды қыздыруға жеткілікті уақыт бойынша және белгілі кернеу фазасында айыруды қамтамассыз ету керек. Жеке стартерлердің ішіндегі жоғарғы тұратындары жартылай өткізгіштіжағуды күтіп тұратын стартерлер тобына жататындар кең таралған.

4.5 Арнайы схемалардағы люменисцентті шамдардың жұмысы

Арнайы жұмыс шарттарында ЛШ қосылу схемаларының саны көп. Төменде сол схемалардың бірнешеуін қысқаша қарастырамыз.

Стартерсіз жағудың әдістері және схемаларының классификациясы. Стартердің болуы жұмысты күрделендіреді, жану процесін кешіктіріп, кейде ұнамсыз жарқылдауларға алып келеді, кейбір жағдайларда стартердің дұрыс болмауынан шамның бұзылуына алып келеді. Осындай жағдайлардан шығу үшін іске қосуды реттегіш аппараттардың стартерсіз жану әртүрлі саны ұсынылды.

Доғалы ЛШ разрядын стартерсіз жағу схемасының қолдануының тәуелділігін екі топқа бөлуге болады: жылдам жағу схемасы (немесе қосу) — катодты алдын ала қыздырумен, «қызу жағу» қамтамассыз ету керек (екі шығысында катоды бар шамдарды жағу үшін қолданылады), және мүлтіксіз жағу схемасы — катод алдын ала қыздырусыз, «суық жағу» режиміне негізделген (мұндай схемалардағы шамдарда арнайы катодтар қолданылады).

Люминесцентті шамдарды суық жағу үшін қосымша жоғару кернеу беру қажет, негізгі 220 В кернеуден 5….7 есе үлкен болу керек. Әдетте суық жағу режиміне арналған арнайы шамдар шығарылады, дегенмен де қарапайым стандартты люминесцентті шамдарды да осындай режимде жағуға болады. Іс жүзінде шамдар ұзақ жану режиминде жұмыс жасағанда және олардың қосылу сандарды минималды болған кездерде дәлелденген. Осыған ұқсас шарттарда шамдардың қызмет ету уақыты айтарлықтай ұзақ болады.4.5.1-суреттегі схемада стартерді реттеп қосу апаратының қызметін атқару үшін 1УБИ-40/220-ВП-05У4 типті екі дроссел және ЛБ20 типті шамы таңдап алынып олар синфазалық қосылды, яғни «басы-соңы-басы-соңы» (дросселдегі магниттік өріс осы жерде пайда болады). Жүйеге қосқанда (220В, 50 Гц) тізбекте импульс кернеуі пайда болып HL люминесцентті шамдарының жану шегінен көтеріледі, нәтижесінде шам ешқандай дыбыссыз және жарқылдаусыз (мигание) ұзақ уақыт жанады.

Люминесцентті шам HL-ЛБ20, Др1 және Др2 дросселдер, К-соңы Н-басы.

Cурет-4.5.1. Люминесцентті шамдардың суық (стартерсіз) жағу схемасы

Үнемді стартерсіз аппарат жасау үшін, белгілі шамаға дейін шамды жағу кернеуін төмендету қажет, тораптағы аз кернеудің құлауын ескеру қажет. Жағудың кернеуін төмендетудің біршама тиімді жолы катодтты алдын ала қыздыру және колбаға сызық жүргізуді қолдану (немесе шамның жанына). Жолақты электродпен байланыстырып катодтты қыздыратын болсақ, 30 және 40 Вт шамдар үшін U₃ кернеуін 130—150 В дейін төмендетуге болады. Бұдан бөлек, U₃  кернеуі ортаның температурасы мен ылғалдылығына, толтырылған газдың қысымы мен құрамына, электродтардың күйіне және қылымына, және т.б., осы сияқты факторларға көбірек әсер етеді.

Жандыру кернеуі туралы тіпті бір шамдар үшін тек кейбір таралымдардағы статистикалық шамалары туралы айтуға болады. Сондықтанда U₃  кернеуінің әртүрлі факторларға тәуелділігін статистика заңы бойынша кеңейуініңаймақтарының тұрғызылуын сурет кейпінде көрсету керек. 4.5.2 суретте әртүрлі шарттарға сәйкес жану аудандары көрсетілген. I ауданында шам жанбайды. II аймақта салқын катодта жану ауданы сәйкес келеді – «суық» жану ауданы. Бұл аймақ катодттың қыздырылуымен шамның қызмет ету уақытына қолайлы.

Сурет-4.5.2. Тез жану схемасындағы «суық» және «ыстық» аудандардағы ЛШ жағудың схематикалық суреті 

III аймақ жетерліктей қызатын катодтың жануына сәйкес келеді – «ыстық» жану аймағы. Бұл аймақ қыздырылған катодтағы шамның жұмысы үшін біршама қолайлы. IV аймақ суық жану ауданы, токтың катодтты қыздыруына қарамастан «ыстық» жану үшін жеткілікті болады.

Жылдам жағу схемасы катодты алдын ала қыздырылуын,шамның «ыстық» жану аймағында жұмыс жасауына және шамға кернеу берілуінің қамтамассыз етілуін, доғалы разрядттың мүмкіндігінше «ыстық» жануына, жүйедегі кернеуді төмендетуге және басқада қолайсыз факторлардың алдын алуына, мүмкіндігінше «суық» жануды шығаруды қамтамассыз етеді. Жолақсыз шамның жануын кепілдендіру үшін (III ауданның жоғарғы шекарасы) бос жүрістегі тиімді кернеу 250—300 В, кем емес яғни жүйедегі кернеу 220 В жоғары болуы керек.

Жолақтың болуы тораптағы кернеудің 210-200 В төмен емес катодттың алдын ала қыздырылуына мүмкіндік жасап, қосымшаларсыз кернеуді жоғарылатып іске қосуды реттегіш аппараттың схемасын айтарлықтай жеңілдетеді.

Суретте-4.5.3. ЛШ тез жанудың кейбір схемалары көрсетілген.

Осы мақсатта түтікшенің бетіне мөлдір жүргізілген жолақ түсірілген немесе жалпылама жабылған арнайы шамдар шығарыла бастады. Бірақта, айта кету қажет тораптағы кернеуді айтарлықтай төмендету үшін осыған ұқсас схемалар шамды жағуды нақты қамтамассыз ете алмайды.

Мұндай мәселелерді шешудің жолдарын көрсету мақсатында жылдам жану схемасының көп мөлшердегі саны ұсынылды. 4.5.3-суретте жолақпен жұмыс жасауға есептелген схема көрсетілген. Катодты алдын ала қыздыру арнайы қыздырылуға оралған автотрансформатор арқылы жүзеге асады. Бірінші орам шамға параллельно қосылған. Ормадағы Z₃ кедергісі Z_др айтарлықтай үлкен мәнге ие болып, жанбайтын шамдарға жүйедегі барлық кернеу Z₃ беріліп, қыздыру орамында ЭҚК пайда болып, катодты қыздыруға жеткілікті болады (сур. 4.5.3, а).   Шамды жаққаннан кейін Z₃ кернеу U дейін беріледі, қыздыру орамындағы ЭҚК автоматты түрде азаяды. 4.5.3, б суреттегі схема 4.5.3,а, суреттегі схемаға ұқсас, бірақ-та бос жүрістегі кернеуді шамалы ұлғайту үшін автотрансформатордың бірінші орамына конденсаторды тізбектей қосу керек. Мұндай схемалар әдетте феррорезонансты құбылыстарда қолданылады. Жылдам қосу схемаларында ЛШ төмен омды катодтармен қолдану керек.

Тізбектегі айнымалы токтағы қыздыру шамы балласта ретінде жұмыс жасайды. J1H балласта ретінде қолдану, аз өлшемді, массасы, бастапқы шығыны және cosφ жоғары болғандықтан қызығарлықтай болып көрінеді. Бірақта бұл тәсілдің көптеген кемшіліктері бар: жарық берілуді екі есе төмендетеді, қыздыру шамының қондырғысы тиімсіз шарттарда жұмыс істейді, олардың қызмет ету уақыты аса үлкен болмайды, ЛШ жану шарттарын нашарлатады. Сондықтан да бұл тәсіл кең қолданылмайды.

Стартер бар схемадағы стартерді тұйықтайтын болсақ, қыздыру шамы өте күшті қыздыру шарттарында жұмыс істейді, ол шамның қызмет ету уақытын қысқартады. Мұндай ақауларды жою үшін, тізбектегі стартерге кедергіні тізбектей жалғап тізбектегі шамдардағы және катодтағы токтардың мүмкін болатын шектеріне дейін шектеу керек. Қыздыру шамдарын балласта ретінде қолданғанда контурдағы индуктивтілік соншалықта аз болғандықтан, ЛШ сенімді түрде жағу үшін импульс кернеуін, энергияны қамтамассыз ете алмайды, әсіресе ұзын ЛШ.

Тұрақты токтағы шамның жұмысы. Электродтағы тұрақты токтағы стандартты шамдардың жұмысында, анод күшті балқиды, сондықтанда арнайы шамдарда электродтардың басқа құрылымын қолданған жөн. Тәжірибиеде екі электродтың құрылымын бірдей етіп жасайды, қаншалықты шамның кереғарлығы периодтты түрде өзгеруге тура келеді; бұдан бөлек әртүрлі электродтарды жасау өндірісте өте қолайсыз.    

Анодттың балқуын жою үшін бетіндегі экранды ұлғайту керек. Оларды айналасы биспираль екі никелді пластина немесе цилиндр, түрінде жасайды. Бұл анодттың мәнінің төмендеуіне алып келеді (0,5 В дейін, қарапайым шамдарда мұндай құлаулар 3 тен 5 В дейін құрайды).

Тұрақты токта шамның жұмысында катофреза құбылысы байқалады, нәтижесінде шамның анодтық соңғы жағы бірнеше уақыт өткен соң сынаппен біріге бастайды, осыдан шамның жарқырауының құлауы басталады 4.5.3-сурет. Жанудан кейін ондаған сағат өткен соң стационарды қалыпқа жетеді, осыдан жарық ағыны екі есе төмендей бастайды. Мұндай құбылысты жою үшін шамды периодтты түрде полюстап отыру керек. 

Сурет-4.5.4. Полярлықты өзгертусіз тұрақты токта жұмыс істейтін, 40-ватты ЛШ ұзындығы бойынша жарықтылықтың таралуы: I —13 сағ кейін; 2 —15 сағ кейін; 3 —18 сағ кейін.

Люменисцентті шамдардағы катофреза құбылысы, сынаптағы оң иондар электр өрісінің әсерінен ақырындап катодқа қарай жылжиды, нәтижесінде шамның анодының соңына қарай бірнеше уақыттан кейін сыныптар жинала бастайды. Сынаптың иондары катодқа дейін жеткеннен кейін нейтралданып сынаптың атомына айналады.

Сынаптың көпшілігі түтікше қабарғасына жиналады. Пайда болған бөлшектердің концентрациясының айрымынан катод тарапынан анодқа қарай сынап атомдарының ағыны пайда болады. Тұрақта жағдайда шамның ұзындығы бойынша сынап буының тығыздығының таралуы, катодқа қарай ағатын сынаптың оң иондары сынап ағынының қарсы бағытта ағынына тең. Қысым мен тығыздықтың абсолютті мәні колба қабырғасы ішіндегі минималды температура мен анықталады.А. Новик және В.Сасоров көрсеткендей мұны былай жазуға болады:

N₊b₊E=-DdN/dx                       (4.5.1)

мұндағы N₊— кординат басынан х арақашықтыққа дейінгі сынаптың оң иондарының концентрациясы; N— сынаптың сондай атомдары; b₊ — сынап иондарының оң қозғалысы;  Е— градиенттің бойлық бойынша потенциалы; D— сынап атомдарының диффузиясының коэффициенті.

Оң бағандағы A₊=AL ескеріп, ток тығыздығын және басқа параметрлерін N₊  белгілесек:

N_e (4.5.1) тен  мынаны табамыз

                               (4.5.2)

x бойынша интегралдап мынаны аламыз

              (4.5.3)

мұндағы N_о — катафорезасыз сондай температурадағы сынап атомының концентрациясы; d_rр — түтікшенің диаметрі; I— ток күші.

(4.5.3) формуладан катафорез ток күшінің артуымен және шамның ұзаруымен өседі және инертті газдың қысымын төмендетумен азаяды, сынап буының қысымын өсірумен түтікшенің диаметрі ұлғаяды.

Познавательные статьи:



Коммуникативные барьеры и пути их преодоления

Рынок недвижимости. Сущность недвижимости

Решение задач с использованием генеалогического метода

История происхождения и развития детской игры